Value-PP

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Valorisierung von Pflanzenschroten durch Phosphatabreicherung mit gekoppelter Poly-P-Wertstoffsynthese

Das Element Phosphor wird von Tieren und Pflanzen auf vielfältige Art und Weise benötigt und ist ein essentieller Nährstoff. Deutschland ist zu 100% vom Import des Phosphors abhängig. Die Gewinnung des phosphorhaltigen Erzes ist mit einem hohen Flächen-, Wasser- und Ressourcenverbrauch verbunden. Die Anzahl der abbauwürdige Erzlagerstätten nimmt stetig ab, so dass zunehmend mit Cadmium und Uran belastete Lagerstätten genutzt werden. So können diese Schwermetalle auch in die Narhungskette gelangen.

 
  KnowVolution Royal Society of Chemistry Die KnowVolution-Strategie (knowledge gaining directed evolution)

Entsprechend ist das Ziel des Projektes Value-PP die Entwicklung eines neuartigen, integrierten und nachhaltigen Technologiekonzepts für die biotechnologische Herstellung von Polyphosphat aus Pflanzenschroten als Alternative zur Herstellung aus Erzen. Hierfür wird das Phosphat, welches zu einem großem Anteil in Pflanzenschroten als Phytat vorliegt, mittels des Enzyms Phytase mobilisiert. Das mobilisierte Phosphat wird durch Hefen aufgenommen und als Polyphosphat gespeichert. Die für Value-PP ausgewählte E. coli Phytase ist hochspezifisch für Phytat, kann in E. coli und S. cerevisiae effizient produziert werden und wird im technischen Maßstab eingesetzt. Sie wurde ausgewählt, da eine kostengünstige Herstellung im technischen Maßstab sichergestellt ist und die Gelenkte Evolution in E. coli durchgeführt wird, um ein Aktivitätsmaximum bei 40°C zu erzielen, so dass prozesstechnische Energiekosten für Kühlung/Heizen minimiert werden.

Traditionelles Protein Engineering mit Gelenkter Evolution (fehlerhafter PCR) umfasst iterative Runden an Vielfaltsgenerierung, die anschließend nach verbesserten Proteinvarianten durchmustert werden. Sie benötigt in der Regel mindestens 12 Monate (häufig 24 Monate) um signifikant verbesserte Enzyme zu generieren, kann aber kein molekulares Verständnis der Eigenschaftsverbesserung erzielen.

Im Projektvorschlag Value-PP werden zwei Runden der wesentlich effizienteren KnowVolution-Strategie durchgeführt, um die E. coli Phytase für die Hydrolyse von Phosphat aus Phytat in Schroten maßzuschneidern. Parallel wird ein biotechnologischer Prozess zur Produktion der Phytase in E. coli etabliert, um ausreichende Mengen an Phytase für die Schrotbehandlung zur Verfügung zu stellen.

In Value-PP wird das mittels Phytase freigesetzte Phosphat in den eingesetzten Hefen gezielt angereichert. Die phosphatärmeren Schrote können nach dieser Behandlung nach wie vor in der Tierernährung eingesetzt werden, aber gleichzeitig wird das angereicherte Phosphat als Polyphosphat für technische Anwendungen gewonnen.

Value-PP wird einen wichtigen Beitrag zur effizienteren Nutzung von Phosphat liefern und damit zum Gebiet der Phosphat-Biotechnologie deutlich beitragen.